第4章-光電式傳感器

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材傳感器與自動檢測技術（第二版）主編吳旗高等教育出版社高等教育電子音像出版社普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材第四章光電式傳感器本章學習的主要內容：

1.光電效應及其光電元件2.光電式傳感器的應用普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材罐裝生產(chǎn)流水線動畫演示普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材、光電效應1.外光電效應§4－1光電效應及其光電元件

在光線作用下，物體吸收光能量而產(chǎn)生相應電效應的一種物理現(xiàn)象。在光線作用下，電子從物體表面逸出的物理現(xiàn)象

外光電效應動畫演示普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材各種光電管外形圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2.內光電效應光電導效應光敏晶體管效應光生伏特效應內光電效應動畫演示在光線作用下，物體電導性能發(fā)生變化或產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光敏電阻外形圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光敏二極管外形圖光敏三極管外形圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材各種光電池外形圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《傳感器與自動檢測技術》吳旗主編高等教育出版社HIGHEREDUCATIONPRESS二、光電元件1.光電管（1）原理：基于外光電效應真空管、光電陰極K和光電陽極A（2）符號與結構：光電管外形圖普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

（3）特點：靈敏度高、光電特性線性較好I0/μAΦ/lm光電管的光電特性

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2.光敏電阻（1）原理：內光電效應的光電導效應（2）符號與外形普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（3）特性參數(shù)暗電阻:置于室溫、全暗條件伏安特性亮電阻:置于室溫、一定光照條件普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光電特性：非線性光譜特性響應時間：溫度特性:10-1s～10-3s

溫度影響甚大，溫度上升，暗電流增大，靈敏度下降光敏電阻的光譜特性普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（5）適用場合：常用于對測量要求不高的場合（4）特點：價格便宜、光電特性非線性、響應時間長、受溫度影響大3.光敏晶體管（1）原理：內光電效應的光電晶體管效應光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管（2）種類、符號與外形普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材外形圖（3）主要特性：光譜特性：硅管峰值波長為0.9μm鍺管峰值波長為1.5μm普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光電特性：輸出電流Ie和光照度Ee呈線性關系伏安特性：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材溫度特性：溫度對輸出電流影響小，由光照度決定響應時間：二極管10-4s～10-6s、三極管10-3s～10-5s

（5）適用場合：適用于模擬量測量及要求快速響應的場合（4）特點：光電特性線性好、受溫度影響小、響應時間短

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材4.光電池（1）原理：內光電效應的光生伏特效應（2）符號與外形：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（3）主要特性光譜特性：硅光電池0.45μm～1.1μm硒光池0.34μm～0.57μm光電特性：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材頻率特性：硅光電池頻率響應高，硒光電池頻率響應差溫度特性：溫度t上升，開路電壓U快速下降，

短路電流I

緩慢上升。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材（4）特點：（5）適用場合：測量短路電流光電特性線性好、受溫度影響小，硅光電池頻率響應較好。

可用于模擬量測量響應較快的場合

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光電式傳感器的組成：光源、光學元件和光電元件組成光路系統(tǒng)，再經(jīng)轉換電路而構成?！?－2光電式傳感器應用

常用光源有：白熾燈、發(fā)光二極管等普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材常用光學元件有：反射鏡、透鏡、半透半反鏡等提問：1.

光電效應有哪些？這些光電效應對應哪些光電元件？

2.

這些光電元件有哪些特點？分別適用哪些場合？普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材一、光電式傳感器的應用類型

按其輸出量性質可分：模擬輸出型光電傳感器和數(shù)字輸出型光電傳感器

按被測物與光電元件和光源之間的關系，光電式傳感器的應用有以下四種：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材1.光源本身就是被測物。如：光電比色溫度計、光照度計等被測物光電元件普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2.恒定光源發(fā)出的光通量透過被測物，由被測物吸收一部分后到達光電元件上。

如：測液體透明度、煙塵濃度等被測物光電元件恒光源普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

3.恒定光源發(fā)出的光通量經(jīng)過被測物遮擋一部分后照射到光電元件上。如：測元件尺寸、運動狀態(tài)等被測物光電元件恒光源普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

4.恒定光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物反射后到達光電元件上。如：測紙張白度、零件表面粗糙度、光電轉速表等被測物光電元件恒光源普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材特別指出：光源與光電元件在光譜特性上應基本一致，即光源發(fā)出的光應該在光電元件接受靈敏度最高的頻率范圍內。對于模擬量檢測，一般要有參比信號，用來消除或削弱背景光及溫度等因素的影響。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材1.光電比色溫度計（光源本身是被測物）問題的提出：高溫測量，物體輻射出的光波與溫度有關。二、光電式傳感器的應用舉例掃描式光電比色溫度計普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材原理：根據(jù)熱輻射定律，使用光電池進行非接觸測溫。根據(jù)有關的輻射定律，物體在兩個特定波長λ1、λ2上的輻射強度Iλ1、Iλ2之比與該物體的溫度成指數(shù)關系。

普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光電比色溫度計光路原理圖被測對象物鏡半透半反鏡光闌反射鏡目鏡觀察者的眼睛硅光電池1光導棒分光鏡濾光片硅光電池2光線λ1光線λ2普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光電比色溫度計電路原理框圖硅光電池1RfRf運算電路顯示器I1I2U1U2硅光電池2而I1正比于Iλ1所以U1正比于Iλ1普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材2.光電式煙塵濃度計（透射式）

問題的提出：為了控制和減少煙塵的排放量或及時發(fā)現(xiàn)樓宇火災，對煙塵的監(jiān)測是必須的。原理：恒定光源發(fā)出的光通量透過被測物，由被測物吸收一部分后到達光電元件上。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光電式煙塵濃度檢測動畫演示普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光電式煙塵濃度計原理圖光源聚光透鏡半透半反鏡反射鏡被測煙塵光電池1光電池2RfRf運算電路顯示器I1I2U1U2普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光電式煙塵濃度計原理圖光電三極管2光電三極管1+UCCU1U2+UCC運算器顯示器光源聚光透鏡半透半反鏡反射鏡被測煙塵普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材3.光電式邊緣位置檢測器（遮擋式）

問題的提出：帶型材料在生產(chǎn)過程中偏離正確的位置如何進行糾偏控制。

原理：恒定光源發(fā)出的光通量經(jīng)過被測物遮擋一部分后，另一部分照射到光電元件上。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光電式邊緣位置檢測器光路圖

光源透鏡光敏電阻被測帶材暗亮普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材光電式邊緣位置檢測器測量電路圖

R2R1R3RPRRRfRfUoUcc測量用光敏電阻補償用光敏電阻遮光罩普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材注意問題：2.橋路及運算放大器組成，接入?yún)⒈裙饷綦娮瑁?.起始時，光路一半遮擋一半透過；3.光敏電阻一般不能作模擬量測量，這里對測量要求不高（用于控制）。普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材4.光電式轉速表（反射式）

問題的提出：傳統(tǒng)測量轉速的弊端，光電式轉速的優(yōu)點。原理：恒定光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物反射后到達光電元件上。采用數(shù)字輸出型測量轉